Javascript ist derzeit in Ihrem Browser deaktiviert.Mehrere Funktionen dieser Website funktionieren nicht, wenn Javascript deaktiviert ist.freier Zugang zu wissenschaftlicher und medizinischer ForschungPeer-reviewte wissenschaftliche und medizinische Open-Access-Zeitschriften.Dove Medical Press ist Mitglied des OAI.Massennachdrucke für die pharmazeutische Industrie.Wir bieten unseren Autoren echte Vorteile, einschließlich einer beschleunigten Bearbeitung von Papieren.Registrieren Sie Ihre spezifischen Daten und spezifischen Arzneimittel von Interesse und wir gleichen die von Ihnen bereitgestellten Informationen mit Artikeln aus unserer umfangreichen Datenbank ab und senden Ihnen umgehend PDF-Kopien per E-Mail zu.Zurück zu Zeitschriften » International Journal of Nanomedicine » Volume 17Autoren Qi S, Liu G, Chen J, Cao P, Lei X, Ding C, Chen G, Zhang Y, Wang LVeröffentlicht am 30. August 2022 Band 2022:17 Seiten 3777–3792DOI https://doi.org/10.2147/IJN.S377080Begutachtung durch einmaliges anonymes Peer-ReviewHerausgeber, der die Veröffentlichung genehmigt hat: Prof. Dr. Anderson Oliveira LoboShuo Qi,1– 3,* Gongyuan Liu,4 Jiangbo Chen,2,3 Peng Cao,1 Xiaohua Lei,1 Chengming Ding,1 Guodong Chen,1,* Yachao Zhang,2,3 Lidai Wang2,3 1Abteilung für hepatopankreatobiliäre Chirurgie , The First Affiliated Hospital, Hengyang Medical School, University of South China, Hengyang, Volksrepublik China;2Department of Biomedical Engineering, City University of Hong Kong, Sonderverwaltungszone Hongkong, Volksrepublik China;3Department of Biomedical Engineering, City University of Hong Kong Shenzhen Research Institute, Shenzhen, Volksrepublik China;4Department of Chemistry, City University of Hong Kong, Hong Kong Special Administrative Region, Volksrepublik China *Diese Autoren haben zu gleichen Teilen zu dieser Arbeit beigetragen Korrespondenz: Yachao Zhang;Lidai Wang, E-Mail [email protected];[email protected] Hintergrund: Ein wirksames Theranostikum des hepatozellulären Karzinoms (HCC) im Frühstadium ist dringend erforderlich, um dessen schlechte Prognose zu verbessern.Die Kombination aus photoakustischer Bildgebung (PAI) im nahen Infrarot (NIR) und Fluoreszenzbildgebung (FLI) kann eine hohe zeitlich-räumliche Auflösung, einen hervorragenden optischen Kontrast und eine tiefe Penetration bieten und ist daher vielversprechend für eine genaue und empfindliche HCC-Diagnose.Methoden: Ein vielseitiges CXCR4-gerichtetes Indocyaningrün (ICG)/Platin (Pt)-dotiertes Polydopamin-Melanin-Mimet-Nanopartikel (bezeichnet als ICG/[email protected], bezeichnet als IPP-c) wird als HCC-spezifisches Kontrastmittel für synthetisiert hochauflösende präzise diagnostische PAI/FLI und optische bildgebende gezielte photothermische Therapie (PTT)/photodynamische Therapie (PDT) des orthotopen kleinen hepatozellulären Karzinoms (SHCC).Ergebnisse: Das multifunktionale zielgerichtete Nanopartikel liefert eine überlegene HCC-Spezifität, einen hohen Bildkontrast sowohl bei PAI als auch bei FLI, eine gute Stabilität, eine zuverlässige Biokompatibilität, eine effektive Erzeugung von Singulett-Sauerstoff und eine überlegene photothermische Umwandlungseffizienz (PCE, 58,7 %) bei 808-nm-Laserbestrahlung.Die Targeting-Fähigkeit von IPP-c wurde in In-vitro-Experimenten zur selektiven Abtötung der CXCR4-überexprimierenden HCC-Zellen validiert.Darüber hinaus testen wir die effizienten dualmodalen optischen Präzisionsdiagnostikeigenschaften von IPP-c durch In-vivo-Experimente zur gezielten Partikelakkumulation in einem frühen SHCC-Mausmodell (Tumordurchmesser etwa 1,2 mm).Dann wurde unter Anleitung der optischen Echtzeit-Bildgebung eine effektive und mini-invasive PTT/PDT von orthotopen SHCCs demonstriert, ohne benachbartes Lebergewebe oder andere wichtige Organe zu schädigen.Schlussfolgerung: Diese Studie präsentierte ein multifunktionales, auf CXCR4 ausgerichtetes Nanopartikel zur Durchführung effektiver und mini-invasiver Phototherapien orthotoper SHCCs über die quantitative Echtzeitführung durch optische Bildgebung, was eine neue Wahrnehmung für den Aufbau einer vielseitigen zielgerichteten Nanoplattform für die Phototheranostik im Frühstadium ermöglichte HCC.Schlüsselwörter: hepatozelluläres Karzinom, CXCR4-gerichtet, photoakustische Bildgebung, photothermische Therapie, photodynamische TherapieDas hepatozelluläre Karzinom ist mit einer 5-Jahres-Überlebensrate von weniger als 18 %1–3 einer der häufigsten kausalen Faktoren für Krebstodesfälle weltweit.Aufgrund des Fehlens einer frühzeitigen Diagnose und einer wirksamen Behandlung verloren die meisten Patienten die Chance auf eine radikale Heilung aufgrund der Diagnose im fortgeschrittenen Stadium ) ist in der Klinik immer noch eine Herausforderung.Ultraschallbildgebung (US), Röntgen-Computertomographie (CT) und Magnetresonanztomographie (MR) werden in der klinischen Praxis häufig verwendet, um solide Tumore in tiefen Geweben abzubilden.6–8 Diese Technologien sind jedoch nicht empfindlich genug, um Millimeter- große SHCC-Läsionen.Die optische Bildgebung hat aufgrund ihrer biologischen Sicherheit, hohen Empfindlichkeit und molekularen Bildgebungsfähigkeiten, die eine genaue Diagnose von HCC im Frühstadium ermöglichen, breite Aufmerksamkeit auf sich gezogen.Kürzlich wurden die photoakustische Bildgebung (PAI) im nahen Infrarot (NIR) und die Fluoreszenzbildgebung (FLI) für die frühzeitige Erkennung und Diagnose von Tumoren entwickelt.9–12 Da PAI eine hohe Bildauflösung in tiefem Gewebe und FLI eine hohe Bildempfindlichkeit bietet, ist die Kombination Eine der beiden Modalitäten kann exogene und endogene Kontraste wie Sauerstoffsättigung, Lipide, Hämoglobinkonzentration und eine Vielzahl von Molekülen und Nanopartikeln genau erkennen.13–17 Aufgrund der hohen photothermischen Umwandlungseffizienz (PCE) und der effizienten reaktiven Sauerstoffspezies (ROS ) Erzeugung einiger optischer Kontrastmittel kann die Kombination aus photothermaler Therapie (PTT)/photodynamischer Therapie (PDT) unter Echtzeitführung durch optische Bildgebung leicht mit implementiert werden, was eine hervorragende adjuvante Strategie für eine effiziente Ablation und Hypoxieverbesserung bietet zur Tumorbehandlung.18–22Leider sind begrenzte Arten von Nano-Wirkstoffen praktikabel, um eine präzise Diagnose und Phototherapie für SHCC zu erreichen.Es ist bemerkenswert, dass Studien, die auf orthotopen Tumoren basieren, begrenzt sind, hauptsächlich wegen der unzureichenden Penetration oder unerwünschten Biokompatibilität von Kontrastmitteln.Um die potenzielle präklinische Erforschung therapeutischer Ansätze gründlich zu bewerten, ist die therapeutische Leistung von Nanomedikamenten im orthotopen Tumormodell dringend erforderlich.Bisher können die meisten optischen Kontrastmittel, darunter NIR-Farbstoffe mit kleinen Molekülen, kohlenstoffbasierte Nanomaterialien und plasmonische Edelmetall-Nanopartikel, eine lang anhaltende systemische Resttoxizität verursachen und somit die klinische Transformation behindern.23–26 Indocyaningrün (ICG) wird am häufigsten verwendet NIR-Fluoreszenzfarbstoff und Photosensibilisator, der in der klinisch-chirurgischen Navigation weit verbreitet ist und von der Food and Drug Administration (FDA) zugelassen wurde.27 Obwohl die ICG-Fluoreszenzbildgebung eine überlegene Bildgebungsempfindlichkeit aufweist, erreicht sie keine hohe Auflösung in tiefem Gewebe, was ihre Anwendung einschränkt Klinik.28,29 Durch die Realisierung der aufhellenden Wirkung markierungsfreier Phototheranostika beim Melanom haben Melaninderivate (Polydopamin, PDA) als Nanoagens tragfähige PAI- und PTT-Leistungen mit überlegener Biokompatibilität gezeigt.30–32 Daher ICG-dotiertes PDA -basierte Nanowirkstoffe eignen sich für die photoakustische (PA)-Fluoreszenz (FL)-Dual-Modalitäts-Bildgebung zur Tumorerkennung und -behandlung.Hier synthetisieren wir einen biokompatiblen und multifunktionalen theranostischen Nanowirkstoff für die optische NIR-Bildgebungsführung und Phototheranostik von orthotopen HCC im Frühstadium (Abbildung 1).Durch Dotierung von Platin (Pt) und Indocyaningrün (ICG) während der Bildung von PDA-Nanopartikeln wurde ein Schwarzkörper-ähnliches optisches NIR-Bildgebungs- und Phototherapeutikum (nämlich ICG/[email protected], IPP) mit einem überlegenen PCE von 58,7 % synthetisiert ( Anregung bei 808 nm).Anschließend wurden Sulfhydrylpolyethylenglycol (SH-PEG) und Anti-CXCR4 auf der Oberfläche von IPP modifiziert, um ein auf HCC gerichtetes Nanopartikel zu bilden (bezeichnet als ICG/[email protected], bezeichnet als IPP-c).Da in IPP-c modifiziertes CXCR4 ein stark exprimierter Marker auf der Oberfläche von HCC ist, von dem erwartet wird, dass es ein aktives Targeting von HCC über die CXCR4-Erkennung erreicht.Die HepG2-Zellaufnahmeexperimente bestätigten vorläufig die gezielten Akkumulationseigenschaften von IPP-c-NPs in vitro.Insbesondere die IPP-c-vermittelte photoakustische Fluoreszenz-Bildgebung mit zwei Modalitäten zeigte eine tiefe Gewebepenetration und eine hohe Auflösung, um orthotope SHCC im Frühstadium (Durchmesser weniger als 1,2 mm) zu lokalisieren, was zuvor durch das photoakustische Mikroskop mit optischer Auflösung (OR-) bestätigt wurde. PAM) Bildgebungssystem.Von PAI/FLI geleitete In-vivo-PTT/PDT-Experimente zeigen, dass SHCC rezidivfrei und mit Mikroläsionen an normalem Lebergewebe integral abgetragen werden kann.Nach der Behandlung kann IPP-c innerhalb von 48 Stunden in den wichtigsten Organen metabolisiert werden, was eine zuverlässige Biosicherheit zeigt.Unsere Arbeit stellt eine wichtige Entwicklung in der Photodiagnostik und Phototherapie für orthotopes HCC im Frühstadium dar, basierend auf dem Nanowirkstoff IPP-c, der weitere Anwendungen in der Klinik fördert.Abbildung 1 (A) Die Herstellung eines biokompatiblen und multifunktionalen theranostischen Nanoagens (IPP-c NPs).(B) Anwendungen von IPP-c-NPs in der bildgebenden photothermischen/photodynamischen Therapie für orthotope HCC-tragende Nacktmäuse.Abbildung 1 (A) Die Herstellung eines biokompatiblen und multifunktionalen theranostischen Nanoagens (IPP-c NPs).(B) Anwendungen von IPP-c-NPs in der bildgebenden photothermischen/photodynamischen Therapie für orthotope HCC-tragende Nacktmäuse.Alle Chemikalien, die für die Synthese von IPP-c-Nanopartikeln (NPs) benötigt werden, wurden im Handel erworben und konnten ohne Verfeinerung verwendet werden, sofern nicht anders angegeben.Dopaminhydrochlorid (DA-HCl), K2PtCl4 und Indocyaningrün (ICG) wurden von Sigma-Aldrich (Shanghai, China) bezogen.Das Sulfhydrylpolyethylenglykol (PEG-SH, 5 kDa) wurde von Aladdin (Shanghai, China) gekauft.Der Anti-CXCR4 (ab208128) wurde von Abcam (Shanghai, China) gekauft.Das Zellkulturmedium, PBS, Trypsin und das MTT-Kit wurden von Thermo Fisher Scientific (Hongkong, China) bezogen.Matrigel® Matrix wurde von Becton Dickinson (Amerika) gekauft.D-Luciferin wurde von Gold Biotechnology (Amerika) erhalten.Der Syntheseprozess von IPP-c-NPs wurde in den Hintergrundinformationen gezeigt.Das UV-Vis-NIR-Absorptionsspektrum von IPP-c-NPs wurde mit einem Spektrophotometer (Shimadzu, Japan) getestet.Die Morphologie wurde unter Verwendung eines Transmissionselektronenmikroskops (TEM) (Philips Tecnai 12, 120 kV, Niederlande) erfasst.Das Zeta-Potential und die Hydratationspartikelgröße wurden mit Zetasizer Nano ZS (Malvern, USA) gemessen.Das Fluoreszenzspektrum wurde mit einem Spektrofluorometer (Hitachi, Japan) getestet.Die NIR-Bilder der Temperaturvariation wurden von einer Wärmebildkamera (FLIR one pro, USA) erfasst.Ein im Labor gebautes photoakustisches Computertomographiesystem (PACT)33 wurde für die photoakustische Bildgebung (PAI) in vivo und in vitro verwendet (Abbildung S1, Hintergrundinformationen).Ein optisches parametrisches Oszillatorsystem, das von einer Nd:YAG-Lasersystemeinheit gepumpt wird, emittiert 6–9 ns breite Laserimpulse mit einer Impulswiederholungsrate von 20 Hz, und seine Wellenlänge kann von 400 bis 2000 nm abgestimmt werden.Gemäß der Sicherheitsgrenze des American National Standards Institute (ANSI) wurde die Laserenergie auf 4,5 mJ·cm –2 bei einer Wellenlänge von 808 nm eingestellt.Photoakustische (PA) Signale wurden mit einem linearen Array-Wandler empfangen und dann durch ein Ultraschallsystem digitalisiert.Die US/PA-Bilder wurden mithilfe einer Rückprojektionsmethode rekonstruiert.9 Ein im Labor gebautes optisch auflösendes photoakustisches Mikroskopiesystem (OR-PAM)34 wurde für die PA-Bildgebung in vivo verwendet (Abbildung S2, Hintergrundinformationen).In den Experimenten wurde ein 532-nm-Pulslaser mit einer Pulsbreite von 7 ns und einer Wiederholungsrate von 4 kHz verwendet.Die Laserpulsenergie betrug 75 nJ.Maximum-Amplitude-Projection (MAP)-Bilder wurden durch Rasterscannen erfasst.Die wässrigen Lösungen von IPP-c-NPs mit verschiedenen Konzentrationen (0 ~ 0,5 mg mL−1) wurden in verschiedenen Gummikapillaren vorversiegelt.Das PA-Signal und die quantitative Analyse für jede Probe wurden durch das PACT-System bei einer 808-nm-Laserbestrahlung nachgewiesen.In der Zwischenzeit wurde die PA-Stabilität für IPP-c-NPs mit dem PACT-System nach Laserbestrahlung für 0 s bis 1500 s getestet.Dann wurden die wässrigen Lösungen von IPP-c-NPs mit einer Konzentration von 0 mg ml–1 bis 0,5 mg ml–1 in einer Platte mit 96 Vertiefungen versiegelt.Das Fluoreszenzsignal von IPP-c-NPs wurde mit einem In-vivo-Xtreme-Bildgebungssystem für lebende Tiere getestet und quantifiziert.Die Anregungswellenlänge (ex.) war 650 nm und die Emissionswellenlänge (em.) war 800 nm.Die menschlichen HCC-Zellen (HepG2- und LM3-Zellen) und die normalen menschlichen Hepatozyten-LO2-Zellen wurden von der American Type Culture Collection (ATCC) erhalten.Die Zellen wurden in 89 % modifiziertem Eagle-Medium (DMEM) von Dulbecco, gemischt mit 10 % fötalem Rinderserum (FBS) und 1 % Penicillin-Streptomycin, unter einer befeuchteten Atmosphäre (5 % CO 2 bei einer Temperatur von 37 °C) kultiviert.Um die TEM-Bilder von HepG2-Zellen zu erhalten, wurden die Zellen mit IPP-c-NPs gemischt und 4 Stunden lang inkubiert, dann wurde zelluläres Kupfernetz hergestellt und durch TEM getestet.Um die zellulären konfokalen Bilder zu erhalten, wurden die HepG2-Zellen in eine konfokale Laserschale implantiert und für 24 h kultiviert.Anschließend wurde das mit IPP-c-NPs versetzte Medium (0,4 mg mL−1) in eine Petrischale überführt und weitere 1, 2 und 4 Stunden inkubiert.Als Kontrolle wurden LO2-Zelllinien mit IPP-c-NPs für 4 h inkubiert.Dann entfernten wir die NPs-Mediummischung, fixierten sie mit Paraformaldehyd (4 %, 500 µL, 10 min) und färbten den Zellkern mit DAPI (1,5 µg mL−1, 12 min).Wir verwendeten PBS, um die Schale nach jedem Schritt zu waschen (1 ml, 3 mal, 10 min).Die zellulären Fluoreszenzbilder wurden durch eine konfokale Mikroskopie (Leica, Deutschland) beobachtet.Um die Toxizität von IPP-c-NPs unter dunklen Bedingungen abzuschätzen, wurde ein MTT-Zytotoxizitätstest durchgeführt.Eine geeignete Dosis von HepG2-Zellen und LM3-Zellen wurde in eine entsprechende Platte mit 96 Vertiefungen implantiert und für 24 Stunden inkubiert, dann das Medium mit unterschiedlichen Konzentrationen einer Mischung aus Medium und NPs (0, 0,05, 0,1, 0,2, 0,4, 0,8 mg, ml −1) und für die nächsten 24 Stunden im Dunkeln kultiviert.Anschließend wurde das Medium-NPs-Gemisch entfernt, MTT in jede Testvertiefung gegeben und weitere 3 Stunden inkubiert.Dann wird durch die gleiche Menge Dimethylsulfoxid (DMSO) ersetzt.Schließlich wurde ein Mikroplatten-Lesegerät angebracht, um die Extinktion in jeder Vertiefung bei 570 nm zu testen.Die Endergebnisse wurden aus drei wiederholten Experimenten gemittelt.Der Singulett-Sauerstoffsensor grün (SOSG) wurde als 1O2-Nachweissonde verwendet, um die photoschaltbare PDT von IPP-c-NPs zu verifizieren, und die Fluoreszenzintensität von SOSG mit oder ohne Lasergruppe spiegelte den 1O2-Gehalt in jeder Gruppe wider.In der Zwischenzeit wurden 1,3-Diphenylisobenzofuran (DPBF) in Ethanol, gemischt mit IPP-c, ICG und PBS, mit einem 808-nm-Laser bestrahlt (etwa 5 Minuten), und der Verbrauch von DPSF kann die ROS-Produktion und die PDT-Leistung widerspiegeln.Die wässrigen Lösungen von IPP-c-NPs mit unterschiedlichen Konzentrationen (von 0 bis 0,4 mg mL−1) wurden in kolorimetrische Quarzschalen gefüllt.Die Temperaturänderungen dieser Proben wurden von einer FLIR-Kamera alle 30 Sekunden unter 808-nm-Laserbestrahlung (0,8 W·cm –2 ) abgebildet und aufgezeichnet.Der Laser wurde für fünf Zyklen ein-/ausgeschaltet (Temperatur erreicht Gleichgewicht/auf natürliche Weise auf Raumtemperatur abgekühlt), um die photothermische Stabilität von IPP-c-NPs zu ermitteln.Die HepG2-Zellen und LM3-Zellen wurden jeweils in eine Platte mit 96 Vertiefungen implantiert und dann für 24 Stunden kultiviert.Medium mit IPP-c-NPs (0, 0,05, 0,1, 0,2, 0,4 und 0,8 mg mL−1) wurde anstelle von Medium verwendet und für die nächsten 4 Stunden inkubiert.Diese Proben wurden mit einem 808-nm-Laser 8 Minuten lang bestrahlt und weitere 24 Stunden unter dunklen Bedingungen inkubiert, und die Zellüberlebensrate in jeder Probe wurde durch den MTT-Zelllebensfähigkeitstest gemessen.Um die zelluläre PDT-Leistung von IPP-c zu verifizieren, wurden die HepG2-Zellen in verschiedene laserkonfokale Schalen ausgesät und 24 Stunden lang kultiviert.Das mit IPP-c-NPs (0,4 mg ml –1)/ICG gemischte Medium wurde ersetzt und für die nächsten 4 Stunden inkubiert, und jede Probe in der Lasergruppe wurde 10 Minuten lang mit einem 808-nm-Laser bestrahlt, während die Nicht-Lasergruppen ohne Laserbestrahlung.Die Produktion von ROS wurde mit dem DCFH-DA-Kit nachgewiesen, und die Zellbilder in jeder Gruppe wurden unter Verwendung eines konfokalen Mikroskops erfasst.Um den Überlebenszustand der Zellen direkt widerzuspiegeln, wurden die HepG2-Zellen und LM3-Zellen in verschiedene Schalen implantiert und 24 Stunden lang kultiviert und dann das Medium mit IPP-c-NPs ersetzt und für die nächsten 4 Stunden inkubiert.Anschließend wurde die Probe in der Laser + IPP/IPP-c/PBS-Gruppe 10 Minuten lang mit einem 808-nm-Laser belichtet, während die IPP-c/PBS-Gruppe nicht bestrahlt wurde.Danach wurden diese Proben mit Calcein-AM und Propidiumiodid (PI) für 15 Minuten gefärbt und die Zellfluoreszenzbilder wurden mit einem Fluoreszenzmikroskop aufgenommen.Die orthotopen tumortragenden BALB/c-Nacktmäuse wurden für In-vivo- und Ex-vivo-PAI verwendet.Nach der Anästhesie wurden die IPP-c-NPs (25 mg·kg –1 )/ICG den Nacktmäusen über die Schwanzvene injiziert.Das PACT-System wurde angewendet, um die Bilder der IPP-c-NPs/ICG-Ansammlung zu erkennen und das Signal aus der Tumorregion 0 bis 24 Stunden nach der Injektion zu quantifizieren.Um den Ort und die Genauigkeit des Tumors weiter zu bestimmen, führten wir bei den Mäusen eine Laparotomie durch, um den Lebertumorbereich vollständig freizulegen.Das markierungsfreie OR-PAM-System wurde verwendet, um die normale Leberregion und die Tumorregion abzubilden (Wellenlänge 532 nm, Laserenergie 75 nJ).Alle Versuchstiere wurden in der Laboratory Animal Research Unit (LARU) der City University of Hong Kong gekauft und gefüttert.Alle Eingriffe an Tieren wurden gemäß den Tierhandhabungs- und Pflegerichtlinien durchgeführt, die von der LARU der City University of Hong Kong formuliert und vom Animal Ethics Committee of the and Department of Health in Hong Kong genehmigt wurden (20–201 in DH/HT&A/8/ 2/5 Teil 3).Die orthotopen tumortragenden BALB/c-Nacktmäuse wurden für In-vivo- und Ex-vivo-FLI verwendet.Nach der Anästhesie wurden IPP-c-NPs (25 mg·kg –1 )/ICG in die orthotopen SHCC-Tumor-tragenden Mäuse über die Schwanzvene injiziert.Anschließend wurde das In-vivo-Xtreme-Bildgebungssystem für lebende Tiere verwendet, um die Zeit der IPP-c-NP-Signalakkumulation und -ausscheidung in der Tumorregion und im Blutkreislauf von Mäusen abzubilden und zu quantifizieren.Zum Zeitpunkt der Akkumulation von IPP-c-NPs, der durch den in vivo-PAI und FLI nachgewiesen wurde, wurden die Mäuse durch zervikale Dislokation hingerichtet, und die Tumore und andere wichtige Organe (einschließlich Leber, Milz, Herz, Lunge und Nieren) wurden reseziert und ex Die vivo-Bildgebung wurde durch das Fluoreszenz-Bildgebungssystem durchgeführt.Die orthotopen tumortragenden BALB/c-Nacktmäuse wurden in In-vivo-PTT/PDT-Experimenten verwendet.Vor den Studien wurde die SHCC-Bildung in allen Mäusen durch das In-vivo-Biolumineszenz-Bildgebungssystem validiert, und dann wurden die Mäuse in vier Behandlungsgruppen eingeteilt (Laser + IPP-c/PBS-Gruppe und IPP-c/PBS-Gruppe).In der Laser + IPP-c/IPP-c-Gruppe wurden IPP-c-NPs (25 mg·kg–1) intravenös injiziert, und dieselbe Menge PBS wurde in der Laser + PBS/PBS-Gruppe injiziert.Zum zuvor bestätigten Akkumulationszeitpunkt der IPP-c-NPs wurde in den Laserbehandlungsgruppen der 808-nm-Laser (0,8 W·cm –2 ) verwendet, um die Lebertumorbereiche für 12 Minuten bei den vollständig befallenen Mäusen zu bestrahlen exponiert durch die Laparotomie, während die anderen beiden Gruppen ohne Bestrahlung.Alle chirurgischen Eingriffe folgten streng dem Prinzip der Sterilität, um den perioperativen Tod von Mäusen aufgrund einer schweren Infektion zu verhindern.Die Änderungen der Temperaturvariation in den Tumorregionen wurden während der PTT/PDT-Behandlung durch eine FLIR-Kamera abgebildet.Danach wurde die Biolumineszenz-Bildgebung der Mäuse in Gruppen durch ein in vivo-Biolumineszenz-Bildgebungssystem am Tag 7 und Tag 14 nach der Behandlung nachgewiesen und quantifiziert.Die allgemeine Beurteilung und das Körpergewicht der Mäuse aller Gruppen wurden alle zwei Tage erfasst.15 Tage nach der Behandlung wurden die Mäuse in allen Gruppen durch zervikale Dislokation hingerichtet, und die behandelten Tumore und andere Hauptorgane wurden zur weiteren histologischen Analyse (H&E-Färbung) herausgeschnitten.Die Ex-vivo-PA-Bildgebung der Hauptorgane (einschließlich Leber, Milz, Herz, Lunge und Niere) wurde mit dem PACT-System 24, 36 und 48 Stunden nach der Injektion gemessen, um die Clearance-Fähigkeit von IPP-c-NPs im Blutfluss zu verifizieren Mäuse Körper.Darüber hinaus wurde zur Beurteilung der Biosicherheit von IPP-c-NPs und der Phototherapie bei Mäusen aller Gruppen das Blut von Mäusen in jeder Gruppe 15 Tage nach der Behandlung durch die Schwanzvene entnommen, und die Blutroutine und biochemischen Tests wurden durchgeführt und die Ergebnisse wurden gemittelt.Wie in Abbildung 1 dargestellt, wurde über die Modulation des Reaktionsprozesses durch ICG/Pt-Vorläufer und Anti-CXCR4, die auf die Oberfläche geladen wurden, ein multifunktionales zielgerichtetes Polydopamin-Nanopartikel (mit der Bezeichnung ICG/[email protected], bezeichnet als IPP-c) auf photoakustische/ Fluoreszenzbildgebung und bildgebende gezielte phototherapeutische Anwendungen (Abbildung 1).Die TEM-Bildgebung zeigt, dass die Größe von IPP-c etwa 85 ~ 100 nm betrug (Abbildung 2A), was der von DLS getesteten Größe (85,0 ± 15,3 nm) ähnlich war (Abbildung 2B).Das Zetapotential von IPP und IPP-c beträgt –39,2 ± 5,8 mV bzw. –36,2 ± 5,3 mV.Die Änderungen im Zeta-Potential weisen darauf hin, dass Anti-CXCR4 elektrostatisch von IPP-Nanopartikeln adsorbiert wurde (Abbildung 2C).Unterdessen zeigt der Unterschied der Fluoreszenzspektren zwischen IPP und IPP-c weiter die erfolgreiche Verbindung von positiv geladenem Anti-CXCR4 über die Methode der elektrostatischen Adsorption (Abbildung 2D).Die Beladungsmenge des Antikörpers beträgt etwa 1,6 Gew.-%, die durch fluoreszierende pec berechnet wird (Abbildung S3, Hintergrundinformationen).Diese Studien bestätigten auch die erfolgreiche Verbindung von Anti-CXCR4 von IPP-NPs.Die UV-NIR-Spektren von IPP-c- und PDA-Nanopartikeln zeigen, dass IPP-c zwei NIR-Absorptionsspitzen bei 725 nm und 808 nm aufwies, während die PDA-Absorption mit zunehmender Wellenlänge stark abnimmt (Abbildung 2E), was bestätigt, dass ICG erfolgreich verpackt wurde von [E-Mail-geschützten] NPs.Darüber hinaus nahm die NIR-Absorption von IPP-c mit zunehmender Konzentration allmählich zu (Abbildung 2F).Wie berichtet, hat das kleine ICG-Molekül selbst eine starke optische Absorption, aber seine fluoreszenzlöschende Eigenschaft schränkt seine klinische Anwendung ein.35,36 IPP-c verhindert jedoch seine Fluoreszenzlöschung durch Umhüllen von PDA, sodass es eine gute optische theranostische Leistung in vitro und in vivo aufweist nachdem seine Stabilität bestätigt wurde.Zusammenfassend hat IPP-c eine geeignete Teilchengröße und eine gute NIR-Absorption für die optische Bildgebung.Abbildung 2 (A) TEM-Bilder von IPP-c-NPs.(B) DLS-Größenverteilung von IPP-c-NPs (die mittlere Größe beträgt 85 nm).(C) Zeta-Potential von IPP-NPs und IPP-c-NPs.(D) Fluoreszenzspektren (500–600 nm) von Alex-Flour-markiertem Anti-CXCR4, IPP-NPs und IPP-c-NPs, die Anregungswellenlänge beträgt 470 nm.(E) UV-Vis-NIR-Spektren von PDA und wässriger IPP-c-Lösung.(F) UV-Vis-NIR-Spektren von IPP-c wässrigen Dispersionen bei verschiedenen Konzentrationen (0,05, 0,1, 0,2, 0,4 mg mL-1).Abbildung 2 (A) TEM-Bilder von IPP-c-NPs.(B) DLS-Größenverteilung von IPP-c-NPs (die mittlere Größe beträgt 85 nm).(C) Zeta-Potential von IPP-NPs und IPP-c-NPs.(D) Fluoreszenzspektren (500–600 nm) von Alex-Flour-markiertem Anti-CXCR4, IPP-NPs und IPP-c-NPs, die Anregungswellenlänge beträgt 470 nm.(E) UV-Vis-NIR-Spektren von PDA und wässriger IPP-c-Lösung.(F) UV-Vis-NIR-Spektren von IPP-c wässrigen Dispersionen bei verschiedenen Konzentrationen (0,05, 0,1, 0,2, 0,4 mg mL-1).Die Serumstabilität des Nanowirkstoffs ist entscheidend für weitere biomedizinische diagnostische und therapeutische Anwendungen, was sich hauptsächlich in den Änderungen der optischen Absorption (ermittelt durch UV-Vis-NIR-Spektroskopie) und der Partikelgröße (getestet durch DLS) widerspiegelt.Wie in Abbildung 3A und B gezeigt, konnten IPP-c-NPs unter verschiedenen Flüssigkeiten (DI-Wasser, Serum, PBS und DMEM) gut dispergiert werden und zeigten keine signifikante Veränderung der 808-nm-Absorption, wenn sie 72 Stunden lang bei 4 °C gelagert wurden , und es wurde keine deutliche Änderung der Teilchengröße beobachtet, wenn es bei 37°C für 72 Stunden gelagert wurde, um die physiologische Umgebung zu simulieren.Allerdings zeigte das freie ICG eine deutlich reduzierte Absorption bei 808 nm, wahrscheinlich aufgrund seiner instabilen Zersetzung (Abbildung S4, Hintergrundinformationen).Daher zeigen IPP-c-NPs eine zufriedenstellende Stabilität in biologischen Flüssigkeiten und können daher für weitere biomedizinische Anwendungen verwendet werden.Abbildung 3 (A) Serumstabilitätstest von IPP-c-NPs, gemessen für 48 Stunden, und die Fotos von NPs in verschiedenen Lösungsmitteln.(B) Stabilitätstest durch DLS für IPP-c-NPs während der Inkubation in verschiedenen Medien (von links nach rechts: PBS, DMEM und FBS) bei 37 ° C, um physiologische Bedingungen zu simulieren.(C) PA-Signalstabilitätstest von IPP-c-NPs unter 808-nm-Laserbestrahlung für 1500 Sekunden.(D) Die entsprechende lineare Regressionskurve der konzentrationsabhängigen PA-Intensität und PA-Bilder von IPP-c-Dispersionen (Laserenergie: 4,5 mJ·cm-2 bei 808 nm).(E) Die entsprechende lineare Regressionskurve der FL-Intensität und FL-Bilder von IPP-c-Dispersionen (ex.650 nm, em. 820 nm).(F) Vergleich des relativen 1O2-Niveaus, der durch SOSG zwischen der Gruppe mit oder ohne Laserbestrahlung festgestellt wurde.(G) DPBF-Verbrauchskurve in der PBS-, ICG- und IPP-c-Gruppe unter 808-nm-Laserbestrahlung.(H) Temperaturerhöhungskurven von IPP-c-NPs bei verschiedenen Konzentrationen während der Laserbestrahlung (808 nm, 0,8 W·cm-2).(I) Photothermische Heiz- und Kühlzyklen von IPP-c-NPs bei 808-nm-Laserbestrahlung.Abbildung 3 (A) Serumstabilitätstest von IPP-c-NPs, gemessen für 48 Stunden, und die Fotos von NPs in verschiedenen Lösungsmitteln.(B) Stabilitätstest durch DLS für IPP-c-NPs während der Inkubation in verschiedenen Medien (von links nach rechts: PBS, DMEM und FBS) bei 37 ° C, um physiologische Bedingungen zu simulieren.(C) PA-Signalstabilitätstest von IPP-c-NPs unter 808-nm-Laserbestrahlung für 1500 Sekunden.(D) Die entsprechende lineare Regressionskurve der konzentrationsabhängigen PA-Intensität und PA-Bilder von IPP-c-Dispersionen (Laserenergie: 4,5 mJ·cm-2 bei 808 nm).(E) Die entsprechende lineare Regressionskurve der FL-Intensität und FL-Bilder von IPP-c-Dispersionen (ex.650 nm, em. 820 nm).(F) Vergleich des relativen 1O2-Niveaus, der durch SOSG zwischen der Gruppe mit oder ohne Laserbestrahlung festgestellt wurde.(G) DPBF-Verbrauchskurve in der PBS-, ICG- und IPP-c-Gruppe unter 808-nm-Laserbestrahlung.(H) Temperaturerhöhungskurven von IPP-c-NPs bei verschiedenen Konzentrationen während der Laserbestrahlung (808 nm, 0,8 W·cm-2).(I) Photothermische Heiz- und Kühlzyklen von IPP-c-NPs bei 808-nm-Laserbestrahlung.IPP-c-NPs haben eine starke NIR-Absorptionskapazität und sind für NIR-PAI geeignet.Das PACT-System wurde angewendet, um IPP-c-NPs in vitro abzubilden.Wie in Abbildung 3D gezeigt, stellen die PA-Intensität und ihre quantitative Analyse eine proportionale Beziehung (R2 = 0,9735) zu den Konzentrationen von IPP-c-NPs (0 ~ 0,5 mg ml-1) bei einer Wellenlänge von 808 nm und 4,5 mJ· cm-2-Fluenz.Anschließend zeigt der PA-Stabilitätstest eine zuverlässige Photostabilität von IPP-c-NPs ohne offensichtliche PA-Signaländerung (erkannt durch das PACT-System) nach Bestrahlung mit einem intensiven 808-nm-Laser (20 Impulse pro Sekunde, 4,5 mJ·cm-2 Fluenz) für 1500 Sekunden (Fig. 3C).Darüber hinaus hat das erfolgreich verpackte ICG in IPP-c-NPs ein gutes Signal für die Fluoreszenzbildgebung.Die Fluoreszenzintensität und ihre quantitative Analyse, gemessen durch das In-vivo-Xtreme-Imaging-System für lebende Tiere, sind in Abbildung 3Edargestellt.Mit einem 650-nm-Laser angeregt, zeigt IPP-c ein überlegenes FL-Signal bei 820 nm, das eine proportionale Beziehung (R2 = 0,9819) zwischen dem FL-Signal und der Konzentration von IPP-c-NPs (von 0 bis 0,5 mg ml) darstellt −1).Das starke PA/FL-Signal und die gute Photostabilität in vitro demonstrierten die erfolgreiche Synthese von IPP-c-NPs, was ihre weiteren biologischen Anwendungen in vivo ermutigte.Darüber hinaus wurde die NIR-PTT/PDT-Leistung von IPP-c-NPs vor In-vivo-Anwendungen untersucht.Die PDT-Leistung von IPP-c wurde durch die SOSG 1O2-Erkennungssonde und den DPBF-Verbrauchstest verifiziert, die angemessene Produktion von ROS und ein ausreichender DPBF-Abbau weisen auf die hervorragende PDT-Leistung von IPP-c-NPs hin (Abbildung 3F und G).Wie in den Abbildungen 3H und S5 in den Hintergrundinformationen gezeigt, stieg die Temperatur von IPP-c-NPs-Lösungen mit verschiedenen Konzentrationen (von 0 bis 0,4 mg mL−1) nach der Laserbestrahlung auf unterschiedliche Werte an.Die Temperatur in einer Gruppe mit einer Konzentration von 0,4 mg·mL–1 stieg von 25 °C auf 48,5 °C bei 808-nm-Laserbestrahlung für 10 Minuten (Energie: 0,8 W·cm–2), während die Temperatur von DI-Wasser nur anstieg um 5,5°C bei ähnlichem Laserbelichtungsweg.Darüber hinaus wurde die PTT-Stabilität von IPP-c-NPs durch drei Laser-Ein / Aus-Zyklen-Test (Abbildung 3I) und den morphologischen Änderungstest (Abbildung S6 in den Hintergrundinformationen, Test durch TEM) verifiziert, der keine merkliche Abschwächung der Temperatur oder morphologische Veränderungen zeigte , das eine große photothermische Stabilität zeigt.Wie in Abbildung S7 in den Hintergrundinformationen gezeigt, betrug die PCE von IPP-c-NPs durch lineare Regression von IPP-c und DI-Wasser zur Bestimmung der Zeitkonstante 58,7 % (berechnet nach einer akzeptierten Methode in den Hintergrundinformationen), was ist anderen organischen und anorganischen Materialien überlegen37–44 (Tabelle S1 in den Hintergrundinformationen).Das starke photothermische Umwandlungsverhalten von IPP-c kann auf den Nichtbestrahlungsprozess des nicht fluoreszierenden, von Melanin abgeleiteten Materials zurückzuführen sein.Das dotierte ICG/Pt mit überlegener optischer Absorption trägt auch zum Elektronen-/Ladungsübertragungsprozess bei, mit überlegenen photothermischen Eigenschaften, die mit CuS-NPs und Polypyrrol-NPs vergleichbar sind.45,46 IPP-c mit einem zuverlässigen PA/FL-Signal, guter Photostabilität und hoher PCE fördert weitere PAI/FLI- und PTT/PDT-Studien in vitro und in vivo.In früheren Studien47–49 wurde bestätigt, dass das CXCR4-Protein in der Zellmembran von menschlichen HCC-Zellen wie HepG2- und LM3-Zellen stark exprimiert wird.Daher können die CXCR4-überexprimierenden HepG2- und LM3-Zellen die IPP-c-NPs aktiv aufnehmen, was durch die folgenden In-vitro-Experimente bestätigt wurde.Die in den Abbildungen 4A und S8 (Hintergrundinformationen) dargestellten zellulären TEM/CLSM-Bildgebungen zeigen, dass sich die meisten IPP-c-NPs in der Membran und im Zytoplasma der HepG2-Zellen ansammelten und mit den Inkubationszeiten (1 ~ 4 Stunden) allmählich zunahmen.Als Kontrolle zeigten 4 h mit IPP-c-NPs inkubierte LO2-Zelllinien eine sehr geringe gezielte Aufnahme (Abbildung S9 in den Hintergrundinformationen).Daher ist IPP-c mit einer besonderen Aufnahmefähigkeit durch HCC-Zellen ideal für die durch optische Bildgebung geführte gezielte Tumordiagnose und -behandlung in vivo.Abbildung 4 (A) Zelluläre TEM-Bilder von HepG2-Zellen, die mit den IPP-c-NPs inkubiert wurden.(B) Intrazellulärer ROS-Erzeugungsnachweis von HepG2-Zellen unter Verwendung von IPP-c als Nanosonde unter 808-nm-Laserbestrahlung (0,8 W·cm-2, 10 min).(C) Zelllebensfähigkeit von HepG2- und LM3-Zellen nach 24-stündiger Inkubation mit IPP-c-NPs unterschiedlicher Konzentrationen im Dunkeln.(D) Zelllebensfähigkeit von HepG2- und LM3-Zellen nach Inkubation mit IPP-c-NPs unterschiedlicher Konzentrationen mit Laserbestrahlung für 8 Minuten (808 nm, 0,8 W·cm-2).(E) Calcein AM (grün, für lebende Zellen) und PI (rot, für tote Zellen) Doppelfärbungsbilder von HepG2- und LM3-Zellen, die mit IPP-c, ICG und PBS mit oder ohne Laserbestrahlung behandelt wurden.Abbildung 4 (A) Zelluläre TEM-Bilder von HepG2-Zellen, die mit den IPP-c-NPs inkubiert wurden.Alle Rechte vorbehalten.Registriert in England und Wales.